RU2558749C1 - Power conversion device - Google Patents
Power conversion device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2558749C1 RU2558749C1 RU2014104106/07A RU2014104106A RU2558749C1 RU 2558749 C1 RU2558749 C1 RU 2558749C1 RU 2014104106/07 A RU2014104106/07 A RU 2014104106/07A RU 2014104106 A RU2014104106 A RU 2014104106A RU 2558749 C1 RU2558749 C1 RU 2558749C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- switching
- time
- switching elements
- output
- voltage
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
- H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
- H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
- H02M5/22—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M5/275—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M5/297—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal for conversion of frequency
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
- H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
- H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
- H02M5/22—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M5/275—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M5/293—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
- H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
- H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
- H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
- H02M5/22—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M5/275—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M5/293—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M5/2932—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage, current or power
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Ac-Ac Conversion (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
[0001] Настоящее изобретение относится к устройству преобразования электрической мощности.[0001] The present invention relates to an electric power conversion device.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND
[0002] Известно устройство управления для управления преобразователем электрической мощности, которое содержит: PWM-выпрямитель (ШИМ-выпрямитель), который выполняет преобразование переменного тока в постоянный ток; и инвертор, подключенный к PWM-выпрямителю, чтобы выполнять инвертирование постоянного тока в переменный ток, причем устройство управления включает в себя: средство двухпозиционной фазовой модуляции для формирования команды управления выходным напряжением, чтобы выполнять двухпозиционную фазовую модуляцию для инвертора; первое средство вычисления величины компенсации для вычисления величины компенсации, корректирующей команду управления выходным напряжением, чтобы компенсировать ошибку выходного напряжения, сформированную, когда выполняется двухпозиционная фазовая модуляция для инвертора; средство формирования PWM-шаблонов инвертора для формирования PWM-импульсов для полупроводниковых переключающих элементов PWM-выпрямителя на основе команды управления входным током; средство определения переключения для определения присутствия или отсутствия переключения PWM-выпрямителя; средство определения абсолютной величины напряжения для определения напряжения максимальной фазы, напряжения средней фазы и напряжения минимальной фазы из входного напряжения каждой фазы; и средство определения полярности для определения полярности тока нагрузки, при этом первое средство вычисления величины компенсации вычисляет величину компенсации, корректирующую команду управления выходным напряжением, с использованием вывода средства определения абсолютной величины напряжения, вывода средства определения полярности, вывода средства определения переключения, частоты переключения инвертора и мертвого времени.[0002] A control device for controlling an electric power converter is known, which comprises: a PWM rectifier (PWM rectifier), which performs the conversion of alternating current to direct current; and an inverter connected to the PWM rectifier to invert direct current to alternating current, the control device including: on-off phase modulation means for generating an output voltage control command to perform on-off phase modulation for the inverter; first compensation amount calculating means for calculating a compensation amount correcting the output voltage control command to compensate for an output voltage error generated when on-off phase modulation for the inverter is performed; means for generating PWM patterns of the inverter for generating PWM pulses for the semiconductor switching elements of the PWM rectifier based on an input current control command; switching determination means for determining the presence or absence of switching of the PWM rectifier; means for determining the absolute magnitude of the voltage to determine the voltage of the maximum phase, the voltage of the middle phase and the voltage of the minimum phase from the input voltage of each phase; and means for determining the polarity for determining the polarity of the load current, wherein the first means for calculating the amount of compensation calculates the amount of compensation correcting the output voltage control command using the output of the means for determining the absolute value of the voltage, the output of the means for determining the polarity, the output of the means for determining the switching, the inverter switching frequency, and dead time.
[0003] Тем не менее, возникает проблема в том, что известное устройство управления для устройства преобразования электрической мощности компенсирует только ошибку напряжения, сформированную согласно коммутации, но не может предотвращать само нарушение коммутации.[0003] However, a problem arises in that the known control device for the electric power conversion device compensates only for the voltage error generated according to the switching, but cannot prevent the switching failure itself.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ОПУБЛИКОВАННЫЕ ДОКУМЕНТЫPRE-PUBLISHED DOCUMENTS
[0004] Патентный документ 1. Первая публикация заявки на патент (Япония) (tokkai) номер 2006-20384.[0004]
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
[0005] Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставлять устройство преобразования электрической мощности, которое может предотвращать нарушение коммутации.[0005] An object of the present invention is to provide an electric power conversion device that can prevent switching failure.
[0006] Вышеописанная задача может решаться посредством настоящего изобретения таким образом, что предоставляются секция вычисления времени переключения и секция формирования управляющих сигналов, выполненная с возможностью формировать управляющие сигналы для переключающих элементов на основе первого времени переключения и второго времени переключения, при этом секция вычисления времени переключения вычисляет первое время переключения, которое является временем, в течение которого один из переключающих элементов схемы верхнего плеча из нескольких пар из переключающих элементов, содержащихся в одной фазе из соответствующих фаз, включается, другие переключающие элементы схемы верхнего плеча из нескольких пар из переключающих элементов, содержащихся в других фазах, выключаются, по меньшей мере, один переключающий элемент схемы нижнего плеча из нескольких пар из переключающих элементов, содержащихся в других фазах, включается, а другие переключающие элементы схемы нижнего плеча из нескольких пар из переключающих элементов, содержащихся в одной фазе, выключаются, с использованием определенных напряжений, определенных посредством средства определения напряжения, и выходного значения команды управления, и вычисляет второе время переключения, в течение которого несколько пар из переключающих элементов, содержащихся в одной фазе из соответствующих фаз, включаются, а несколько пар из переключающих элементов, содержащихся в других фазах из соответствующих фаз, выключаются, с использованием несущей и первого времени переключения, и при этом в один период электрической мощности переменного тока, выведенной из схемы преобразования, второе время переключения, содержащееся в первом полупериоде периода, задается равным второму времени переключения, содержащемуся во втором полупериоде периода.[0006] The above problem can be solved by the present invention in such a way that a switching time calculation section and a control signal generating section are provided, configured to generate control signals for the switching elements based on the first switching time and the second switching time, wherein the switching time calculation section calculates the first switching time, which is the time during which one of the switching elements of the upper arm circuit and from several pairs of switching elements contained in one phase from the respective phases, other switching elements of the upper arm circuit from several pairs of switching elements contained in other phases are turned on, at least one switching element of the lower arm circuit of several pairs of switching elements contained in other phases are turned on, and other switching elements of the lower arm circuit of several pairs of switching elements contained in one phase are turned off, using using certain voltages determined by means of determining the voltage and the output value of the control command, and calculates a second switching time during which several pairs of switching elements contained in one phase from the corresponding phases are turned on, and several pairs of switching elements contained in other phases from the corresponding phases are turned off, using the carrier and the first switching time, and in this case, in one period of the electric power of the alternating current, th from the conversion circuit, the second switching time contained in the first half-cycle period is set to a second switching time contained in the second half-cycle period.
[0007] Согласно настоящему изобретению, второе время переключения в равной степени выделяется первому полупериоду и второму полупериоду. Таким образом, может не допускаться перекрытие операций переключения между первым моментом времени для второго времени переключения и последним моментом времени для второго времени переключения. Следовательно, может предотвращаться возникновение нарушения коммутации.[0007] According to the present invention, the second switching time is equally allocated to the first half cycle and the second half cycle. Thus, overlapping switching operations between the first time for the second switching time and the last time for the second switching time may not be allowed. Therefore, the occurrence of a switching failure can be prevented.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
[0008] Фиг. 1 является блок-схемой зарядной системы, включающей в себя устройство преобразования электрической мощности, в предпочтительном варианте осуществления согласно настоящему изобретению.[0008] FIG. 1 is a block diagram of a charging system including an electric power conversion device in a preferred embodiment according to the present invention.
Фиг. 2 является блок-схемой зарядной системы в первом сравнительном примере.FIG. 2 is a block diagram of a charging system in a first comparative example.
Фиг. 3 является блок-схемой зарядной системы во втором сравнительном примере.FIG. 3 is a block diagram of a charging system in a second comparative example.
Фиг. 4 является блок-схемой контроллера, управляющего устройством преобразования электрической мощности, показанным на фиг. 1.FIG. 4 is a block diagram of a controller controlling an electric power conversion device shown in FIG. one.
Фиг. 5 является графиком, представляющим последовательность переключения элемента переключения R-фазы, показанного на фиг. 1.FIG. 5 is a graph representing a switching sequence of an R-phase switching element shown in FIG. one.
Фиг. 6 является схемой, представляющей взаимосвязь между базисным вектором и вектором напряжения в секции модуляции пространственных векторов, показанной на фиг. 4.FIG. 6 is a diagram representing the relationship between the base vector and the voltage vector in the spatial vector modulation section shown in FIG. four.
Фиг. 7(a) является схемой, которая представляет собой добавление комбинации переключения на векторную диаграмму по фиг. 6, и фиг. 7(b) является принципиальной схемой источника 1 питания переменного тока и матричного преобразователя 4 в зарядной системе, показанной на фиг. 1.FIG. 7 (a) is a diagram that is an addition of a combination of switching to the vector diagram of FIG. 6 and FIG. 7 (b) is a circuit diagram of an
Фиг. 8 является концептуальной схемой таблицы шаблонов переключения по фиг. 4.FIG. 8 is a conceptual diagram of a switching pattern table of FIG. four.
Фиг. 9(1)-9(6) являются схемами для пояснения переходов переключающих элементов на фиг. 1.FIG. 9 (1) -9 (6) are diagrams for explaining transitions of switching elements in FIG. one.
Фиг. 10 является графиком, представляющим взаимосвязь между несущей и временем вывода в контроллере на фиг. 4.FIG. 10 is a graph representing the relationship between the carrier and output time in the controller of FIG. four.
Фиг. 11 является графиком, представляющим форму сигнала выходного напряжения матричного преобразователя на фиг. 1.FIG. 11 is a graph representing a waveform of an output voltage of a matrix converter in FIG. one.
Фиг. 12 является графиком, представляющим другую форму сигнала выходного напряжения матричного преобразователя на фиг. 1.FIG. 12 is a graph representing another waveform of the output voltage of the matrix converter of FIG. one.
Фиг. 13 является графиком, представляющим взаимосвязь между несущей и значением команды управления и формой сигнала выходного напряжения в устройстве инвертора в третьем сравнительном примере.FIG. 13 is a graph representing a relationship between a carrier and a control command value and an output voltage waveform in an inverter device in a third comparative example.
Фиг. 14 является графиком, представляющим взаимосвязь между несущей и временем вывода и формой сигнала выходного напряжения в контроллере, показанном на фиг. 4.FIG. 14 is a graph representing the relationship between the carrier and the output time and the waveform of the output voltage in the controller shown in FIG. four.
Фиг. 15 является графиком, представляющим взаимосвязь между несущей и временем вывода и формой сигнала выходного напряжения в устройстве преобразования электрической мощности в модификации предпочтительного варианта осуществления согласно настоящему изобретению.FIG. 15 is a graph representing a relationship between a carrier and an output time and an output voltage waveform in an electric power conversion device in a modification of a preferred embodiment according to the present invention.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION
[0009] В дальнейшем в этом документе описывается предпочтительный вариант осуществления согласно настоящему изобретению на основе чертежей.[0009] Hereinafter, a preferred embodiment according to the present invention based on the drawings is described.
ПЕРВЫЙ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯFIRST PREFERRED EMBODIMENT
Фиг. 1 является блок-схемой аккумуляторной системы, включающей в себя устройство преобразования электрической мощности, связанное с предпочтительным вариантом осуществления согласно настоящему изобретению.FIG. 1 is a block diagram of a battery system including an electric power conversion device associated with a preferred embodiment according to the present invention.
В дальнейшем в этом документе в качестве примера поясняется случай, в котором устройство преобразования электрической мощности в этом варианте осуществления применяется к зарядной системе, но этот вариант осуществления может применяться к транспортному средству и т.п., включающему в себя электродвигатель, и к устройству управления, управляющему электродвигателем, и т.п.Hereinafter, as an example, a case is explained in which an electric power conversion device in this embodiment is applied to a charging system, but this embodiment can be applied to a vehicle or the like including an electric motor, and to a control device controlling an electric motor, etc.
[0010] Зарядная система в этом варианте осуществления включает в себя: источник 1 питания переменного тока; входной фильтр 2; датчики 31-33 напряжения; матричный преобразователь 4; схему 5 высокочастотного трансформатора; выходной фильтр 6; и аккумулятор 7.[0010] The charging system in this embodiment includes: an
[0011] Источник 1 питания переменного тока является источником питания трехфазного переменного тока и предоставляет источник электрической мощности для зарядной системы. Входной фильтр 2 является фильтром для выпрямления электрической мощности переменного тока, вводимой из источника 1 питания переменного тока, и сконструирован посредством LC-схем, имеющих катушки 21, 22, 23 и конденсаторы 24, 25, 26. Катушки 21, 22, 23 подключаются между соответствующими фазами источника 1 питания переменного тока и матричного преобразователя 4. Конденсаторы 24, 25, 26 подключаются между катушками 21, 22, 23 и подключаются между соответствующими фазами.[0011] The
[0012] Датчики 31, 32, 33 напряжения подключаются между источником 1 питания переменного тока и матричным преобразователем 4, чтобы определять входное напряжение (Vr, Vs, Vt) каждой фазы из источника 1 питания переменного тока в матричный преобразователь 4, и выводит определенные напряжения в контроллер 10, как описано ниже. Датчик 31 напряжения подключается к средней точке R-фазы матричного преобразователя 4, датчик 32 напряжения подключается к средней точке S-фазы матричного преобразователя 4, и датчик 33 напряжения подключается к средней точке T-фазы матричного преобразователя 4.[0012]
[0013] Матричный преобразователь 4 содержит множество переключающих элементов Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn, двунаправленно переключаемых, преобразует электрическую мощность переменного тока, введенную из источника электрической мощности переменного тока 1, в высокочастотную электрическую мощность переменного тока и выводит высокочастотную электрическую мощность переменного тока в схему 5 высокочастотного трансформатора. Матричный преобразователь 4 подключается между входным фильтром 2 и схемой 5 высокочастотного трансформатора. Переключающий элемент Srp, чтобы предоставлять элемент, двунаправленно переключаемый, включает в себя: транзистор Trrp1, к примеру, MOSFET-транзистор или IGBT-транзистор; транзистор Trrp2, к примеру, MOSFET-транзистор или IGBT-транзистор; диод DrP1; и диод DrP2. Транзистор Trrp1 и транзистор Trrp2 последовательно подключаются друг к другу во взаимно противоположных направлениях, и диод DrP1 и диод DrP2 последовательно подключаются друг к другу во взаимно противоположных направлениях, транзистор Trp1 и диод DrP1 подключаются параллельно друг другу во взаимно противоположных направлениях, транзистор Trrp2 и диод DrP2 подключаются параллельно друг другу во взаимно противоположных направлениях. Аналогично, другие переключающие элементы Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn сконструированы посредством мостовой схемы из транзисторов Trrn1, Trrn2 и диодов Drn1, Drn2, мостовой схемы из транзисторов Trsp1, Trsp2 и диодов Dsp1, Dsp2, мостовой схемы из транзисторов Trsn1, Trsn2 и диодов Dsn1, Dsn2, мостовой схемы из транзисторов Trtp1, Trtp2 и диодов Dtp1, Dtp2 и мостовой схемы из транзисторов Trtn1, Trtn2 и диодов Dtn1, Dtn2.[0013] The
[0014] Другими словами, три из пары схем, в которых последовательно подключаются два переключающих элемента Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn, подключаются параллельно к первичной стороне трансформатора 51. Затем, мостовая схема, в которой три линии, подключенные между соответствующими парами переключающих элементов Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn, электрически подключены к трем секциям вывода фазы источника 1 питания переменного тока, составляет матричный преобразователь 4 трехфазного тока в однофазный.[0014] In other words, three of the pair of circuits in which two switching elements S rp , S rn , S sp , S sn , S tp , S tn are connected in series are connected in parallel to the primary side of the transformer 51. Then, the bridge circuit in of which three lines connected between the respective pairs of switching elements S rp , S rn , S sp , S sn , S tp , S tn , are electrically connected to the three sections of the output phase of the
[0015] Схема 5 высокочастотного трансформатора содержит трансформатор 51 и выпрямительную мостовую схему 52 и подключается между матричным преобразователем 4 и выходным фильтром 6. Схема 5 высокочастотного трансформатора преобразует высокочастотную электрическую мощность переменного тока, введенную из матричного преобразователя 4, в электрическую мощность постоянного тока и подает электрическую мощность постоянного тока в аккумулятор 7 через выходной фильтр 6. Трансформатор 51 повышает напряжение высокочастотного переменного тока, введенное из матричного преобразователя 4, и выводит этот повышенный переменный ток в выпрямительную мостовую схему 52. Следует отметить, что поскольку электрическая мощность переменного тока, выведенная из матричного преобразователя 4, является высокочастотной, трансформатор небольшого размера может быть использован в качестве трансформатора 51. Выпрямительная мостовая схема 52 является схемой, в которой множество диодов подключаются в мостовой конфигурации, и служит для того, чтобы преобразовывать переменный ток вторичной стороны трансформатора 51 в постоянный ток.[0015] The high-
[0016] Выходной фильтр 6 сконструирован посредством LC-схемы из катушки 61 и конденсатора 62 и подключается между схемой 5 высокочастотного трансформатора и аккумулятором 7. Выходной фильтр 6 выпрямляет электрическую мощность постоянного тока, выведенную из схемы 5 высокочастотного трансформатора, и подает электрическую мощность постоянного тока в аккумулятор 7. Аккумулятор 7 является вторичным элементом, заряженным посредством зарядной системы в этом варианте осуществления, и сконструирован, например, посредством литий-ионного перезаряжаемого аккумулятора. Аккумулятор 7, например, монтируется в транспортном средстве и предоставляет динамичный источник (мощности) транспортного средства.[0016] The
[0017] Таким образом, зарядная система в этом варианте осуществления преобразует переменный ток из источника 1 питания переменного тока в высокочастотный переменный ток, повышает высокочастотный переменный ток через схему 5 высокочастотного трансформатора, преобразует повышенный переменный ток в постоянный ток и подает повышенную электрическую мощность постоянного тока и высокого напряжения в аккумулятор 7.[0017] Thus, the charging system in this embodiment converts the alternating current from the alternating
[0018] Признаки зарядной системы, показанной на фиг. 1 с использованием устройства преобразования электрической мощности в этом варианте осуществления, поясняются в сравнении со сравнительным примером 1 и другим сравнительным примером 2, описанными ниже. Фиг. 2 показывает блок-схему зарядной системы, связанной со сравнительным примером 1, и фиг. 3 показывает блок-схему зарядной системы, связанной со сравнительным примером 2.[0018] Features of the charging system shown in FIG. 1 using an electric power conversion device in this embodiment are explained in comparison with comparative example 1 and another comparative example 2 described below. FIG. 2 shows a block diagram of a charging system associated with comparative example 1, and FIG. 3 shows a block diagram of a charging system associated with comparative example 2.
В качестве зарядной системы, отличающейся от предпочтительного варианта осуществления, согласно настоящему изобретению, известна такая система, как показано на фиг. 2, в которой электрическая мощность переменного тока, поданная из источника 1 питания переменного тока, пропускается через трансформатор 101 и преобразуется в электрическую мощность постоянного тока через выпрямитель 102 (сравнительный пример 1).As a charging system different from the preferred embodiment according to the present invention, such a system is known as shown in FIG. 2, in which the alternating current electric power supplied from the alternating
Помимо этого в качестве другой зарядной системы, отличающейся от зарядной системы в этом варианте осуществления, известна система, как показано на фиг. 3, в которой переменный ток из источника 1 питания переменного тока преобразуется в постоянный ток через PWM-выпрямитель 201, постоянный ток инвертируется в переменный ток через схему 203 инвертора первичной стороны схемы 202 высокочастотного трансформатора, преобразованный переменный ток повышается посредством трансформатора 204, повышенный переменный ток преобразуется в постоянный ток через выпрямительную мостовую схему 205 схемы 202 высокочастотного трансформатора, и постоянный ток подается в аккумулятор 7 (сравнительный пример 2).In addition, as another charging system different from the charging system in this embodiment, a system is known as shown in FIG. 3, in which the alternating current from the
[0019] В случае сравнительного примера 1, схемная структура является простой, но трансформатор 101 становится крупным. Помимо этого существует проблема в том, что появляется необходимость подключать электролитический конденсатор большой емкости между выпрямителем 102 и прерывателем повышения напряжения 103.[0019] In the case of comparative example 1, the circuit structure is simple, but the
В случае сравнительного примера 2, хотя трансформатор небольшого размера может быть использован в качестве трансформатора 204, потери становятся большими, поскольку число преобразований является большим. Помимо этого существует проблема в том, что необходимо подключать электролитический конденсатор большой емкости между PWM-выпрямителем 201 и высокочастотным трансформатором 202.In the case of comparative example 2, although a small transformer can be used as
[0020] В этом варианте осуществления, поскольку, как описано выше, использование матричного преобразователя 4 позволяет уменьшать потери, вызываемые посредством преобразования электрической мощности, позволяет делать необязательным электролитический конденсатор большой емкости на первичной стороне трансформатора 51 и позволяет достигать небольших размеров трансформатора 51.[0020] In this embodiment, since, as described above, using the
[0021] Далее поясняется контроллер 10, управляющий матричным преобразователем 4, включенным в устройство преобразования электрической мощности в этом варианте осуществления, на фиг. 4. Фиг. 4 показывает блок-схему контроллера 10. Контроллер 10 включает и выключает переключающие элементы Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn и управляет матричным преобразователем 4 через PWM-управление. Контроллер 10 включает в себя: секцию 11 преобразования координат; секцию 12 модуляции пространственных векторов; секцию 13 вычисления времени вывода нулевых векторов; таблицу 14 шаблонов переключения; и секцию 15 формирования сигналов переключения.[0021] Next, a
[0022] Секция 11 преобразования координат сравнивает определенные напряжения, определенные посредством датчиков 31, 32, 33 напряжения, выясняет взаимосвязь абсолютных величин между ними, выполняет преобразование из трехфазного в двухфазное для определенных напряжений (Vr, Vs, Vt) в фиксированной системе координат, которые должны быть преобразованы в напряжения (vα, vβ) в статической системе координат, и выводит напряжения (vα, vβ) в секцию 12 модуляции пространственных векторов. Секция 12 модуляции пространственных векторов заменяет формы сигналов трехфазного напряжения на вектор с использованием модуляции пространственных векторов. Таким образом, времена (T1, T2) вывода векторов напряжения вычисляются с использованием фазового угла (θ) напряжений (vα, vβ).[0022] The coordinate
[0023] Секция 13 вычисления времени вывода нулевых векторов вычисляет время (Tz) вывода нулевого вектора с использованием несущего сигнала, такого как треугольная волна, и времени, вычисленного посредством секции 12 модуляции пространственных векторов. Частота несущего сигнала задается выше частоты электрической мощности переменного тока источника 1 питания переменного тока. Таблица 14 шаблонов переключения сохраняет шаблон переключения, предварительно установленный с возможностью выполнять переключение переключающих элементов Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn, соответствующих фазовому углу (θ), в форме таблицы.[0023] The null vector output
[0024] Секция 15 формирования сигналов переключения извлекает шаблон переключения, соответствующий фазовому углу (θ), посредством обращения к таблице 14 шаблонов переключения и выводит управляющие сигналы (Drp, Drn, Dsp, Dsn, Dtp, Dtn), чтобы включать или выключать переключающие элементы (Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn), с использованием извлеченного шаблона переключения, времен (T1, T2) вывода вектора напряжения и времени (Tz) вывода нулевого вектора, в схему возбуждения (не показана), включенную в матричный преобразователь 4. Переключающие элементы Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn управляются посредством импульсных сигналов. Таким образом, включение и выключение переключающих элементов Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn, включенных в матричный преобразователь 4, переключается таким образом, чтобы включаться и выключаться посредством управления контроллером 10, и электрическая мощность преобразуется.[0024] The switching
[0025] Далее описывается управление переключением переключающих элементов Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn с использованием фиг. 5.[0025] The following describes switching control of the switching elements S rp , S rn , S sp , S sn , S tp , S tn using FIG. 5.
Фиг. 5 показывает график, представляющий последовательность переключения для переключающих элементов Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn.FIG. 5 shows a graph representing a switching sequence for switching elements S rp , S rn , S sp , S sn , S tp , S tn .
На фиг. 5 высокий уровень обозначает включенное состояние, а низкий уровень обозначает отключенное состояние. Система (способ) коммутации напряжения используется для переключения переключающих элементов Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn. Контроллер 10 отслеживает взаимосвязь абсолютных величин входных напряжений из определенных напряжений (Vr, Vs, Vt), чтобы выполнять коммутацию. Предположим, что осуществляется переход состояния Trrp1, Trrp2, Trsp1, Trsp2 из начального состояния в последовательности i, ii, iii и iv.In FIG. 5, high indicates on, and low indicates off. The voltage switching system (method) is used to switch the switching elements S rp , S rn , S sp , S sn , S tp , S tn . The
[0026] В дальнейшем в этом документе описывается конкретный пример системы (способа) коммутации напряжения.[0026] Hereinafter, a specific example of a voltage switching system (method) is described.
Для простоты пояснения ниже описывается только управление коммутацией для схемы верхнего плеча матричного преобразователя 4.For simplicity of explanation, only switching control for the upper arm circuit of
Предположим, что транзисторы Trrp1, Trrp2, включенные в переключающий элемент Srp, находятся во включенном состоянии, а транзисторы Trsp1, Trsp2, включенные в переключающий элемент Ssp, находятся в отключенном состоянии. Далее поясняется случай, в котором в состоянии, в котором напряжение переключающего элемента Srp выше напряжения переключающего элемента Ssp, коммутация выполняется из переключающего элемента Srp на напряжение в переключающем элементе Ssp.Assume that the transistors Tr rp1 , Tr rp2 included in the switching element S rp are in the on state, and the transistors Tr sp1 , Tr sp2 included in the switching element S sp are in the off state. Next, a case is explained in which in a state in which the voltage of the switching element S rp is higher than the voltage of the switching element S sp , switching is performed from the switching element S rp to the voltage in the switching element S sp .
[0027] Во-первых, когда осуществляется переход состояния из начального состояния в состояние (i), транзистор Trsp1 включается, когда осуществляется переход состояния из состояния (i) в состояние (ii), транзистор Trrp1 выключается, когда осуществляется переход состояния из состояния (ii) в состояние (iii), транзистор Trsp2 включается, и когда осуществляется переход состояния из состояния (iii) в состояние (iv), транзистор Trrp2 выключается. Это вызывает переключение переключающих элементов, так что источник 1 питания переменного тока не замыкается накоротко. Таким образом, исключается нарушение коммутации.[0027] First, when the state transitions from the initial state to state (i), the transistor Tr sp1 is turned on, when the state transitions from state (i) to state (ii), the transistor Tr rp1 turns off when the state transitions from state (ii) to state (iii), the transistor Tr sp2 is turned on, and when the state transitions from state (iii) to state (iv), the transistor Tr rp2 is turned off. This causes the switching elements to switch, so that the
[0028] Далее описывается управление в контроллере 10 с использованием фиг. 1, 4 и 6-12.[0028] Next, control in the
[0029] Когда напряжение (vα, vβ) в статических координатах системы координат, преобразованных и вычисленных посредством секции 11 преобразования координат, вводится в секцию 12 модуляции пространственных векторов, секция 12 модуляции пространственных векторов вычисляет фазовый угол (θ) напряжения (vα, vβ) из введенного напряжения (vα, vβ). Следует отметить, что напряжение (vα, vβ) и фазовый угол (θ) представляются посредством вектора, как показано на фиг. 6. Фиг. 6 показывает векторную диаграмму, на которой определенные напряжения (Vr, Vs, Vt) преобразуются в двухфазную систему координат αβ, и входные напряжения наблюдаются в качестве векторов напряжения в статической системе координат. Va на фиг. 6 представляет базисный вектор и соответствует выходному значению команды управления, имеющему фазовый угол (θ) входного напряжения в системе координат αβ. Базисный вектор вращается с центральной точкой, показанной на фиг. 6, в качестве центра в соответствии с взаимосвязью абсолютных величин между входными напряжениями соответствующих фаз.[0029] When the voltage (v α , v β ) in the static coordinates of the coordinate system transformed and calculated by the coordinate
[0030] В этом варианте осуществления в статической системе координат, координаты разделяются по 60 градусов на шесть областей от α-оси в направлении против часовой стрелки. Оси V1-V6 выделяются граничным линиям соответствующих областей. Область между V1 и V2 допускается в качестве "области 1", область между V2 и V3 допускается в качестве "области 2", область между V3 и V4 допускается в качестве "области 3", область между V4 и V5 допускается в качестве "области 4", область между V5 и V6 допускается в качестве "области 5" и область между V6 и V1 допускается в качестве "области 6". Помимо этого V7-V9 выделяются началу координат.[0030] In this embodiment, in a static coordinate system, the coordinates are divided 60 degrees into six areas from the α-axis in a counterclockwise direction. Axes V 1 -V 6 are distinguished by the boundary lines of the respective regions. The region between V 1 and V 2 is allowed as “
Затем, векторы V1-V9 являются векторами напряжений, выведенных из матричного преобразователя 4. Векторы V1-V6, имеющие абсолютные величины в качестве векторов (ненулевых), представляют то, что ненулевые напряжения выводятся из матричного преобразователя 4. Другими словами, векторы V1-V6 соответствуют ненулевым векторам напряжения (в дальнейшем в этом документе, называемым "векторами напряжения"). С другой стороны, векторы V7-V9 представляют векторы нуля напряжения (нулевого напряжения) (в дальнейшем в этом документе, называемые "нулевыми векторами").Then, the vectors V 1 -V 9 are the voltage vectors deduced from the
[0031] Помимо этого в этом варианте осуществления векторы V1-V9 напряжения задаются согласно взаимно различным шаблонам переключения переключающих элементов Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn, и шаблоны переключения для того, чтобы управлять переключающими элементами Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn определяются в зависимости от того, какой области принадлежат входные напряжения. Следует отметить, что ниже описывается взаимосвязь между векторами V1-V9 напряжения и шаблоном переключения.[0031] In addition, in this embodiment, the voltage vectors V 1 -V 9 are set according to mutually different switching patterns S rp , S rn , S sp , S sn , S tp , S tn , and switching patterns in order to control The switching elements S rp , S rn , S sp , S sn , S tp , S tn are determined depending on which region the input voltages belong to. It should be noted that the relationship between the voltage vectors V 1 -V 9 and the switching pattern is described below.
[0032] Затем, секция 12 модуляции пространственных векторов определяет то, какой области принадлежит входное напряжение в момент времени определения, из фазового угла (θ) базисного вектора va. В примере, показанном на фиг. 6, поскольку базисный вектор va находится в области 1, секция 12 модуляции пространственных векторов определяет то, что входное напряжение принадлежит области 1, из фазового угла (θ) напряжения (vα, vβ). Помимо этого, например, в случае если взаимосвязь абсолютных величин входных напряжений (Vr, Vs, Vt) соответствующих фаз изменяется, и фазовый угол (θ) координат напряжений (vα, vβ) по αβ-оси, преобразованных согласно секции 11 преобразования координат, указывает 90 градусов, секция 12 модуляции пространственных векторов идентифицирует область 2, включающую в себя фазовый угол в 90 градусов.[0032] Then, the spatial
[0033] Секция 12 модуляции пространственных векторов вычисляет время вывода вектора напряжения из компонента по оси области базисного вектора (Va), когда область идентифицируется.[0033] The
В случае примера, показанного на фиг. 6, базисный вектор (Va) принадлежит области 1. Секция 12 модуляции пространственных векторов вычисляет компонент (Va1) вдоль оси V1 и компонент (Va2) вдоль оси V2 с использованием оси V1 и оси V2, которые являются осями области 1. Затем, абсолютная величина (Va1) компонента по оси V1 является временем вывода шаблона переключения, соответствующего V1, и абсолютная величина (Va2) компонента по оси V2 является временем вывода шаблона переключения, соответствующего V2. Здесь следует отметить, что времена вывода векторов V1-V6 напряжения допускаются в качестве T1, T2, а времена вывода нулевых векторов (V7-V9) допускаются в качестве Tz. Как описано ниже, в этом варианте осуществления два вектора напряжения выводятся в течение полупериода первой половины несущей. Следовательно, время вывода первого вектора напряжения из двух векторов напряжения допускается в качестве T1, и время вывода второго вектора напряжения допускается в качестве T2.In the case of the example shown in FIG. 6, the base vector (V a ) belongs to
[0034] Каждое время (T1, T2, Tz) вывода представляется посредством нормализованного времени, соответствующего периоду несущей.[0034] Each output time (T 1 , T 2 , T z ) is represented by a normalized time corresponding to a carrier period.
Как описано ниже, в этом варианте осуществления, чтобы обеспечивать время (Tz) вывода нулевых векторов (V7-V9) за полупериод несущей, накладывается ограничение на времена (T1, T2, Tz) вывода. Секция 12 модуляции пространственных векторов вычисляет времена (T1, T2) вывода так, что каждое из времен (T1, T2) вывода, в течение которых выводится соответствующий один из двух векторов напряжения, равно или ниже предварительно определенного наименьшего предельного значения. Следует отметить, что предварительно определенное наименьшее предельное значение соответствует времени, в течение которого обеспечивается время (Tz) вывода, и задается равным времени, которое меньше времени, соответствующего полупериоду несущей.As described below, in this embodiment, in order to provide a time (T z ) for outputting the zero vectors (V 7 -V 9 ) per half carrier period, a limitation is imposed on the output times (T 1 , T 2 , T z ). The spatial
[0035] Область 1 является областью между фазовым углом в 0-60 градусов. Например, в случае если фазовый угол базисного вектора (va) попадает между 0 и 30 градусами, абсолютная величина (Va1) компонента по оси V1 превышает абсолютную величину (Va2) компонента по оси V2. Следовательно, время (T1) вывода шаблона переключения V1 превышает время (T2) вывода шаблона переключения V2. Область 4 является областью между фазовым углом в 180 градусов и фазовым углом в 240 градусов. Например, фазовый угол базисного вектора (va) варьируется от 210 до 240 градусов, абсолютная величина (Va5) компонента по оси V5 превышает абсолютную величину (Va4) компонента по оси V4. Следовательно, время (T2) вывода шаблона переключения V5 превышает время (T1) вывода шаблона переключения V4.[0035]
Таким образом, секция 12 модуляции пространственных векторов вычисляет фазовый угол (θ) с использованием vα, vβ, соответствующих определенным напряжениям соответствующих фаз, вычисляет времена (T1, T2) вывода векторов напряжения из базисного вектора Va, имеющего вычисленный фазовый угол (θ) в качестве направленного компонента, и выводит вычисленные времена (T1, T2) вывода в секцию 13 вычисления времени вывода нулевых векторов.Thus, the spatial
[0036] Секция 13 вычисления времени вывода нулевых векторов вычитает полное время из времени (T1) вывода и времени (T2) вывода из предварительно определенного полупериода периода несущей, чтобы вычислять время нулевого вектора (Tz). Поскольку секция 12 модуляции пространственных векторов вычисляет время (T1) вывода и время (T2) вывода таким образом, что вышеописанное полное время равно или ниже предварительно определенного наименьшего предельного времени, секция 13 вычисления времени вывода нулевых векторов может вычислять время нулевого вектора (Tz). В этом варианте осуществления, чтобы предоставлять переменный ток для выходной электрической мощности матричного преобразователя 4, время, в которое выводится ненулевое напряжение, и время, в которое выводится нулевое напряжение, периодически предоставляются.[0036] The null vector output
Поскольку период несущей соответствует периоду выходного напряжения, время (Tz) вывода нулевого вектора является вычитанием времени (T1) вывода и времени (T2) вывода из времени, соответствующему полупериоду несущей. Секция 13 вычисления времени вывода нулевых векторов выводит время (Tz) нулевого вектора и времена (T1, T2) векторов напряжения в секцию 15 формирования сигналов переключения.Since the carrier period corresponds to the output voltage period, the zero-vector output time (T z ) is the subtraction of the output time (T 1 ) and the output time (T 2 ) from the time corresponding to the half-period of the carrier.
[0037] Секция 15 формирования сигналов переключения формирует сигналы переключения, чтобы возбуждать переключающие элементы Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn, с использованием шаблона переключения, сохраненного в таблице 14 шаблонов переключения, времени нулевого вектора (Tz) и времен (T1, T2) векторов напряжения.[0037] The switching
[0038] Перед тем как подробно описывается содержимое управления таблицы 14 шаблонов переключения и секции 15 формирования сигналов переключения, ниже описывается взаимосвязь между векторами (V1-V9) и фазовым углом (θ) и шаблоном переключения с использованием фиг. 7(a) и 7(b).[0038] Before the control contents of the switching pattern table 14 and the switching
Фиг. 7(a) является пояснительным видом векторной диаграммы по фиг. 6, в которую добавляется шаблон переключения. Фиг. 7(b) показывает упрощенную принципиальную схему источника 1 питания переменного тока и матричного преобразователя 4 из состава зарядной системы на фиг. 1. Следует отметить, что "1", показанное на фиг. 7(a) обозначает включенное состояние, а "0" обозначает отключенное состояние.FIG. 7 (a) is an explanatory view of the vector diagram of FIG. 6 to which a switching pattern is added. FIG. 7 (b) shows a simplified circuit diagram of an
[0039] Как показано на фиг. 7(a) и 7(b), векторы (V1-V9) соответствуют шаблону переключения переключающих элементов Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn. В векторе (V1) напряжения переключающие элементы Srp, Stn включаются, а другие переключающие элементы Srn, Ssp, Ssn, Stp выключаются. В векторе (V2) напряжения переключающие элементы Ssp, Stn включаются, а другие переключающие элементы Srp, Srn, Ssn, Stp выключаются. В векторе (V3) напряжения, переключающие элементы Srn, Ssp включаются, а другие переключающие элементы Srp, Ssp, Stp, Stn выключаются.[0039] As shown in FIG. 7 (a) and 7 (b), the vectors (V 1 -V 9 ) correspond to the switching pattern of the switching elements S rp , S rn , S sp , S sn , S tp , S tn . In the voltage vector (V 1 ), the switching elements S rp , S tn are turned on, and the other switching elements S rn , S sp , S sn , S tp are turned off. In the voltage vector (V 2 ), the switching elements S sp , S tn are turned on, and the other switching elements S rp , S rn , S sn , S tp are turned off. In the vector (V 3 ), the voltage switching elements S rn , S sp are turned on, and the other switching elements S rp , S sp , S tp , S tn are turned off.
В векторе (V4) напряжения, переключающие элементы Srn, Stp включаются, а другие переключающие элементы Srp, Ssp, Ssn, Stn выключаются. В векторе (V5) напряжения, переключающие элементы Ssn, Stp включаются, а другие переключающие элементы Srp, Srn, Ssp, Stp, Stn выключаются. В векторе (V6) напряжения, переключающие элементы Srp, Ssn включаются, а другие переключающие элементы Srn, Ssp, Stp, Stn выключаются.In the vector (V 4 ), the voltage switching elements S rn , S tp are turned on, and the other switching elements S rp , S sp , S sn , S tn are turned off. In the vector (V 5 ), the voltage switching elements S sn , S tp are turned on, and the other switching elements S rp , S rn , S sp , S tp , S tn are turned off. In the vector (V 6 ), the voltage switching elements S rp , S sn are turned on, and the other switching elements S rn , S sp , S tp , S tn are turned off.
Другими словами, в векторах (V1-V6) напряжения, один из переключающих элементов Srp, Ssp, Stp схемы верхнего плеча, содержащихся в одной фазе из соответствующих фаз, включается, а другие переключающие элементы Srp, Ssp, Stp схемы верхнего плеча, содержащиеся в других фазах, выключаются, по меньшей мере, один из переключающих элементов Srn, Ssn, Stn схемы нижнего плеча, содержащийся в других фазах, включается, а другие переключающие элементы Srn, Ssn, Stn схемы нижнего плеча, содержащиеся в одной фазе, выключаются.In other words, in the voltage vectors (V 1 -V 6 ), one of the switching elements S rp , S sp , S tp of the upper arm circuit contained in one phase of the corresponding phases is turned on, and the other switching elements S rp , S sp , S tp upper arm circuits contained in other phases turn off at least one of the switching elements S rn , S sn , S tn lower arm circuits contained in other phases are turned on, and other switching elements S rn , S sn , S tn, the lower arm circuits contained in one phase are turned off.
[0040] Затем, в случае если переключающие элементы Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn управляются по шаблону переключения, соответствующему векторам (V1-V6) напряжения, ненулевое напряжение выводится на выходную сторону матричного преобразователя 4. Помимо этого, поскольку два вектора, которые предоставляют границы двух смежных областей, используются в соответствии с областями, формы сигналов различных уровней напряжения могут выводиться из матричного преобразователя 4.[0040] Then, if the switching elements S rp , S rn , S sp , S sn , S tp , S tn are controlled by a switching pattern corresponding to the voltage vectors (V 1 -V 6 ), a non-zero voltage is output to the output side of the
[0041] Помимо этого на векторных диаграммах, показанных на фиг. 6, 7(a) и 7(b), шаблон переключения выделяется нулевым векторам (V7-V9), показанным в начале координат по фиг. 7(a). В векторе (V7) переключающие элементы Srp, Srn включаются, а другие переключающие элементы Ssp, Ssn, Stp, Stn выключаются. В векторе (V8) переключающие элементы Ssp, Ssn включаются, а другие переключающие элементы Srp, Srn, Stp, Stn, выключаются. В векторе (V9) переключающие элементы Stp, Stn включаются, а другие переключающие элементы Srp, Srn, Ssp, Ssn, выключаются.[0041] In addition, in the vector diagrams shown in FIG. 6, 7 (a) and 7 (b), the switching pattern is allocated to the zero vectors (V 7 -V 9 ) shown at the origin of FIG. 7 (a). The vector (V 7) switching elements S rp, S rn included, and other switching elements S sp, S sn, S tp , S tn are turned off. In the vector (V 8 ), the switching elements S sp , S sn are turned on, and the other switching elements S rp , S rn , S tp , S tn are turned off. In the vector (V 9 ), the switching elements S tp , S tn are turned on, and the other switching elements S rp , S rn , S sp , S sn are turned off.
Другими словами, в нулевых векторах (V7-V9), переключающие элементы Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn, содержащиеся в одной фазе из соответствующих фаз, включаются, а переключающие элементы Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn, содержащиеся в других фазах, выключаются.In other words, in the zero vectors (V 7 -V 9 ), the switching elements S rp , S rn , S sp , S sn , S tp , S tn contained in one phase from the corresponding phases are turned on, and the switching elements S rp , S rn , S sp , S sn , S tp , S tn contained in other phases are turned off.
[0042] В случае если переключающие элементы Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn управляются по шаблону переключения, соответствующему нулевым векторам (V7-V9), вывод матричного преобразователя 4 указывает нуль.[0042] If the switching elements S rp , S rn , S sp , S sn , S tp , S tn are controlled by a switching pattern corresponding to zero vectors (V 7 -V 9 ), the output of the
[0043] Как описано выше, одна из областей идентифицируется согласно фазовому углу (θ). Затем, определяются выходные векторы (V1-V6) напряжения и время (T1, T2) вывода. Помимо этого секция 13 вычисления времени вывода нулевых векторов вычисляет нулевые векторы (V7-V9) и их время (Tz) вывода. Поскольку матричный преобразователь 4 задается с выводом электрической мощности переменного тока в качестве цели, реверсируя и управляя переключающими элементами Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn во второй половине периода несущей для управления переключением в первой половине периода несущей, так что может быть получена выходная электрическая мощность, имеющая обратную полярность по отношению к первой половине периода несущей.[0043] As described above, one of the areas is identified according to the phase angle (θ). Then, the output voltage vectors (V 1 -V 6 ) and the output time (T 1 , T 2 ) are determined. In addition,
Затем, в этом варианте осуществления таблица 14 шаблонов переключения сохраняет шаблон переключения, который задается согласно областям по фиг. 6. Помимо этого секция 15 формирования сигналов переключения вычисляет соответствующие времена вывода векторов (V1-V9) для периода несущей из времен (T1, T2) вывода векторов напряжения и времени (Tz) вывода нулевых векторов и формирует сигналы переключения.Then, in this embodiment, the switching pattern table 14 stores the switching pattern, which is set according to the areas of FIG. 6. In addition, the switching
[0044] Далее описывается таблица, сохраненная в таблице 14 шаблонов переключения, с использованием фиг. 8. Фиг. 8 является концептуальной схемой, представляющей таблицу, сохраненную в таблице 14 шаблонов переключения.[0044] The following describes a table stored in a switching pattern table 14 using FIG. 8. FIG. 8 is a conceptual diagram representing a table stored in a switching pattern table 14.
На фиг. 8, области 1-6 соответствуют областям 1-6, показанным на фиг. 6. V1-V9 соответствуют векторам (V1-V9). На фиг. 8, Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn соответствуют переключающим элементам Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn. Помимо этого для состояний (1)-(6) на фиг. 8, поскольку один период несущей разделяется на шесть, при выполнении соответствия временам (T1, T2, Tz) вывода, состояния (1)-(6) извлекаются во временных рядах из секции точки вершины впадины на кривой несущей.In FIG. 8, regions 1-6 correspond to regions 1-6 shown in FIG. 6. V 1 -V 9 correspond to the vectors (V 1 -V 9 ). In FIG. 8, S rp , S rn , S sp , S sn , S tp , S tn correspond to the switching elements S rp , S rn , S sp , S sn , S tp , S tn . In addition, for states (1) to (6) in FIG. 8, since one carrier period is divided into six, when matching the output times (T 1 , T 2 , T z ), states (1) - (6) are retrieved in time series from a section of the apex point on the carrier curve.
[0045] Чтобы выводить переменный ток из матричного преобразователя 4, таблица 14 матричных шаблонов задает шаблон переключения таким образом, что два вектора напряжения и один нулевой вектор последовательно выводятся в первом (предыдущем) полупериоде периода несущей, и два вектора напряжения и один нулевой вектор последовательно выводятся во втором (последующем) полупериоде периода несущей.[0045] In order to output the alternating current from the
[0046] Например, в случае если базисный вектор (va) принадлежит области 1, переключающие элементы Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn управляются в последовательности вектора (V1) напряжения, вектора (V2) напряжения, нулевого вектора (V8), вектора (V5) напряжения, вектора (V4) напряжения и нулевого вектора (V7) в расчете на каждый период несущей. Переход управления переключающими элементами Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn в области 1 показан на фиг. 9. Фиг. 9 показывает принципиальную схему, до которой упрощается принципиальная схема источника 1 питания переменного тока и матричного преобразователя 4.[0046] For example, if the base vector (v a ) belongs to
Включенное или отключенное состояние соответствующих переключающих элементов Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn в соответствующих состояниях (1)-(6) и направление тока, протекающего через первичную сторону трансформатора 51, обозначаются посредством стрелок.The on or off state of the respective switching elements S rp , S rn , S sp , S sn , S tp , S tn in the respective states (1) to (6) and the direction of the current flowing through the primary side of the transformer 51 are indicated by arrows.
[0047] Как показано на фиг. (1)-(6) по фиг. 9, в случае если осуществляется переход из одного состояния в последующее состояние, к примеру, из состояния (1) в состояние (2) из состояния (2) в состояние (3) и т.д., контроллер 10 включает (включает из отключенного состояния) переключающие элементы Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn любой одной схемы плеча из схемы верхнего плеча и схемы нижнего плеча и поддерживает включенное состояние переключающих элементов Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn другой схемы плеча. Другими словами, из переключающих элементов Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn, каждый из которых находится во включенном состоянии, один из переключающих элементов Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn выключается, но состояние других из переключающих элементов Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn поддерживается (фиксируется).[0047] As shown in FIG. (1) to (6) of FIG. 9, in the event that a transition is made from one state to a subsequent state, for example, from state (1) to state (2) from state (2) to state (3), etc., the
[0048] Помимо этого, в случае если переход каждого состояния осуществляется непрерывно, к примеру, состояния (1), (2) и (3), состояния (3), (4) и (5) и т.п., переключающие элементы Srp, Ssp, Stp схемы верхнего плеча или переключающие элементы Srn, Ssn, Stn схемы нижнего плеча непрерывно не переключаются. Другими словами, переключающие элементы Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn попеременно переключаются между схемой верхнего плеча и схемой нижнего плеча.[0048] In addition, if the transition of each state is carried out continuously, for example, states (1), (2) and (3), states (3), (4) and (5), etc., switching S rp , S sp , S tp elements of the upper arm circuit or switching elements S rn , S sn , S tn of the lower arm circuit are not continuously switched. In other words, the switching elements S rp , S rn , S sp , S sn , S tp , S tn alternately switch between the upper arm circuit and the lower arm circuit.
[0049] Таким образом, в этом варианте осуществления уменьшается число раз, когда выполняется переключение переключающих элементов Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn, когда осуществляется переход состояния между соответствующими состояниями (1)-(6), чтобы исключать нарушение коммутации. Следует отметить, что пояснен шаблон переключения области 1, но для областей из областей 2-6 выполняется идентичное управление переключением при идентичных состояниях согласно шаблону, уменьшающему число раз, когда выполняется переключение.[0049] Thus, in this embodiment, the number of times when the switching elements S rp , S rn , S sp , S sn , S tp , S tn are switched when the state transitions between the respective states (1) to (6 ) to rule out a commutation violation. It should be noted that the switching pattern of
[0050] Следует отметить, что, как показано в (1)-(6) по фиг. 9, в состояниях (1)-(3) выходной ток матричного преобразователя 4 указывает плюс, а в состояниях (4)-(6) выходной ток матричного преобразователя 4 указывает минус. Таким образом, вывод матричного преобразователя 4 указывает переменный ток посредством элементов управления переключением Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn в шаблоне переключения области 1 таблицы 14 шаблонов переключения. Также следует отметить, что для области 2, области 3, области 4, области 5 и области 6, управление переключением в шаблоне, показанном на фиг. 8, аналогично выполняется для того, чтобы предоставлять переменный ток для вывода матричного преобразователя 4.[0050] It should be noted that, as shown in (1) to (6) of FIG. 9, in states (1) to (3), the output current of
[0051] Затем, поскольку области 1-6 классифицируются в соответствии с фазовым углом, таблица 14 шаблонов переключения сохраняет шаблон переключения, соответствующий фазовому углу (θ).[0051] Then, since regions 1-6 are classified according to the phase angle, the switching pattern table 14 stores the switching pattern corresponding to the phase angle (θ).
[0052] Далее описывается управление секцией 15 формирования сигналов переключения с использованием фиг. 10.[0052] The following describes the control of the switching
Фиг. 10 является графиком для пояснения взаимосвязи между несущей и временами (T1, T2, Tz) вывода.FIG. 10 is a graph for explaining a relationship between a carrier and output times (T 1 , T 2 , T z ).
Во-первых, секция 15 формирования сигналов переключения задает значения команд управления, соответствующие временам (T1, T2) вывода, с учетом синхронизации с периодом несущей.First, the switching
Поскольку контроллер 10 выполняет управление переключением через способ PWM-управления, продолжительности времен (T1, T2, Tz) вывода векторов напряжения и нулевого вектора указывают значение команды управления (значение напряжения).Since the
Когда значения команд управления задаются для времен (T1, T2, Tz) вывода, значения команд управления нормализуются таким образом, что максимальная амплитуда несущей становится временами (T1, T2, Tz) вывода, в течение которых выводятся два вектора напряжения и один нулевой вектор. Помимо этого для распределения времен вывода векторов напряжения и нулевого вектора, в первый полупериод периода несущей значения команд управления задаются таким образом, что векторы напряжения на стороне в большей степени по часовой стрелке первоначально выводится в соответствующих областях 1-6 из векторов (V1-V6) напряжения, показанных на фиг. 6. После того, как два вектора напряжения выводятся, значения команд управления задаются таким образом, что выводятся нулевые векторы (V7-V9).When control command values are set for output times (T 1 , T 2 , T z ), control command values are normalized so that the maximum carrier amplitude becomes output times (T 1 , T 2 , T z ), during which two vectors are output voltage and one zero vector. In addition, for the distribution of the output times of the voltage vectors and the zero vector, during the first half-period of the carrier period, the values of the control commands are set in such a way that the voltage vectors on the side are primarily clockwise derived in the corresponding regions 1-6 from the vectors (V 1 -V 6 ) the voltage shown in FIG. 6. After two voltage vectors are output, the values of the control commands are set so that zero vectors are output (V 7 -V 9 ).
С другой стороны, значения команд управления задаются таким образом, что во второй полупериод несущей, времена вывода двух векторов (V1-V6) реверсируются относительно времен вывода в первый полупериод периода несущей и выводятся, а после этого выводятся нулевые векторы (V7-V9).On the other hand, the values of control commands are set in such a way that in the second half-period of the carrier, the output times of two vectors (V 1 -V 6 ) are reversed relative to the times of output in the first half-period of the carrier period and are output, and then zero vectors are output (V 7 - V 9 ).
[0053] В качестве конкретного примера, в случае если фазовый угол (θ) попадает в диапазон 0-30 градусов (область 1), как показано на фиг. 10, секция 15 формирования сигналов переключения задает значение (T1) команды управления на уровне, соответствующем времени (T1) вывода относительно низкого уровня несущей, и задает значение (T2) команды управления посредством суммирования уровня, соответствующего времени (T2) вывода, со значением (T1) команды управления в качестве опорного уровня в первый полупериод несущей. С другой стороны, во второй полупериод несущей, секция 15 формирования сигналов переключения задает значение (T2) команды управления на уровне, соответствующем времени (T2) вывода, пониженном с высокого уровня несущей, и задает значение (T1) команды управления на уровне, соответствующем времени (T1) вывода со значением (T2) команды управления, в качестве опорного уровня.[0053] As a specific example, if the phase angle (θ) falls within the range of 0-30 degrees (region 1), as shown in FIG. 10, the switching
[0054] Секция 15 формирования сигналов переключения сравнивает несущую с заданными значениями команд управления, чтобы определять распределение времен вывода векторов напряжения и нулевого вектора.[0054] The switching
Помимо этого, как описано выше, значения команд управления задаются относительно времен (T1, T2, Tz) вывода и сравниваются с несущей, так что отделяются шесть состояний в расчете на каждый период несущей. Тем не менее, шесть состояний соответствуют состояниям (1)-(6), показанным на фиг. 8. Другими словами, секция 15 формирования сигналов переключения сравнивает времена (T1, T2, Tz) вывода с несущей, чтобы определять распределение времен вывода комбинации переключения, сохраненной в таблице 14 несущих для переключения.In addition, as described above, the values of the control commands are set relative to the times (T 1 , T 2 , T z ) of the output and compared with the carrier, so that six states are calculated per carrier period. However, six states correspond to states (1) to (6) shown in FIG. 8. In other words, the switching
[0055] Секция 15 формирования сигналов переключения сравнивает несущую с временами (T1, T2, Tz) вывода, чтобы определять распределение времен вывода, как показано на фиг. 10. В это время, секция 15 формирования сигналов переключения извлекает шаблон переключения в соответствии с фазовым углом (θ) из таблицы 14 шаблонов переключения, формирует сигналы переключения для переключающих элементов Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn, которые должны возбуждаться, в соответствии с извлеченным шаблоном, согласно распределению времен вывода, и выводит сигналы переключения в переключающие элементы Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn.[0055] The switching
[0056] В частности, в случае если фазовый угол (θ) попадает в диапазон 0-30 градусов, используется шаблон переключения области 1 на фиг. 8. В течение времени (T1) вывода с точкой вершины впадины на кривой несущей в качестве начальной точки выполняется управление переключением, выводящее вектор (V1) напряжения. В течение последующего времени (T2) вывода выполняется управление переключением, чтобы выводить вектор (V2) напряжения. В течение дополнительного последующего времени (Tz) вывода выполняется управление переключением, чтобы выводить нулевой вектор (V8). Затем, за второй полупериод несущей, в течение времени (T2) вывода с пиковой вершиной несущей в качестве начальной точки, выполняется управление переключением, чтобы выводить несущую (V5) напряжения. В течение последующего времени (T1) вывода выполняется управление переключением, чтобы выводить вектор (V4) напряжения. В течение дополнительного времени (Tz) вывода выполняется управление переключением, чтобы выводить нулевой вектор (V7).[0056] In particular, if the phase angle (θ) falls within the range of 0-30 degrees, the switching pattern of
[0057] Форма сигнала выходного напряжения матричного преобразователя 4 описывается с использованием фиг. 11 и 12.[0057] The waveform of the output voltage of the
Фиг. 11 показывает временную характеристику формы сигнала выходного напряжения матричного преобразователя 4 в случае, если время (T1) вывода превышает время (T2) вывода.FIG. 11 shows a time characteristic of the waveform of the output voltage of the
Фиг. 12 показывает другую временную характеристику формы сигнала выходного напряжения матричного преобразователя 4 в случае, если время (T2) вывода превышает время (T1) вывода.FIG. 12 shows another time characteristic of the waveform of the output voltage of the
В случае если фазовый угол (θ) попадает в диапазон 0-30 градусов, время (T1) вывода становится более длительным, чем время (T2) вывода. Таким образом, форма сигнала напряжения, выведенная из матричного преобразователя 4, изменяется, как показано на фиг. 12. Помимо этого, в случае если фазовый угол (θ) находится в диапазоне 30-60 градусов, время (T2) вывода становится более длительным, чем время (T1) вывода, и форма сигнала выходного напряжения, выведенная из матричного преобразователя 4, изменяется, как показано на фиг. 12.If the phase angle (θ) falls within the range of 0-30 degrees, the output time (T 1 ) becomes longer than the output time (T 2 ). Thus, the voltage waveform outputted from the
[0058] Как описано выше, в этом варианте осуществления переключающие элементы Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn управляются с использованием времен (T1, T2) вывода, выводящих векторы напряжения, и времени (Tz) вывода, выводящего нулевой вектор, чтобы задавать время (Tz) вывода, включенное в первый полупериод несущей, равным времени (Tz) вывода, включенному во второй полупериод несущей. Как описано выше, поскольку предоставляется время (Tz) вывода нулевого вектора, обеспечивается интервал между операцией переключения в начальный момент времени для времени (Tz) вывода нулевого вектора и операцией переключения в последнее время времени (Tz) вывода, так что перекрытие между операциями переключения в начальное время и в последнее время не допускается, и может предотвращаться нарушение коммутации.[0058] As described above, in this embodiment, the switching elements S rp , S rn , S sp , S sn , S tp , S tn are controlled using output times (T 1 , T 2 ) outputting voltage vectors and time ( T z ) of the output outputting the zero vector to set the time (T z ) of the output included in the first half of the carrier equal to the time (T z ) of the output included in the second half of the carrier. As described above, since the zero-vector output time (T z ) is provided, an interval is provided between the switching operation at the initial time for the zero-vector output time (T z ) and the late-time switching operation (T z ) of the output, so that the overlap between switching operations at the initial time and recently are not allowed, and switching disturbance can be prevented.
[0059] В связи с этим в качестве отличия от этого варианта осуществления известно устройство инвертора (сравнительный пример 3), в котором в схеме трехфазного инвертора, сформированной посредством мостовой схемы, имеющей множество переключающих элементов, с определенными напряжениями из промежуточных напряжений соответствующих фаз, заданными в качестве значений команд управления (vu*, vv*, vw*), определенные напряжения сравниваются с несущей треугольной волны, чтобы управлять переключающими элементами.[0059] In this regard, as an difference from this embodiment, an inverter device is known (comparative example 3), in which, in a three-phase inverter circuit formed by a bridge circuit having a plurality of switching elements, with certain voltages from the intermediate voltages of the respective phases specified as the values of the control commands (v u *, v v *, v w *), certain voltages are compared with a triangular wave carrier to control the switching elements.
Фиг. 13 показывает формы сигналов несущей и значений команд управления (vu*, vv*, vw*) и форму сигнала выходного напряжения схемы инвертора.FIG. 13 shows the waveforms of the carrier signal and the values of the control commands (v u *, v v *, v w *) and the waveform of the output voltage of the inverter circuit.
Как показано на фиг. 13, сравнительный пример 3 использует теоретическое уравнение, которое управляет уровнем выходного напряжения, когда несущая превышает значение команды управления, и управляет таким образом, чтобы реверсировать теоретическое уравнение с пиком и впадиной на кривой несущей в качестве границ. Другими словами, в сравнительном примере 3, уровень выходного напряжения задается посредством сравнения определенных напряжений и несущей, и выполняется управление выводом переменного тока. Следовательно, интервалы нулевого напряжения (соответствуют α1, β1 на фиг. 13) отклоняются относительно периода несущей.As shown in FIG. 13, comparative example 3 uses a theoretical equation that controls the level of the output voltage when the carrier exceeds the value of the control command, and controls in such a way as to reverse the theoretical equation with a peak and a depression in the carrier curve as boundaries. In other words, in comparative example 3, an output voltage level is set by comparing certain voltages and a carrier, and AC output is controlled. Therefore, the intervals of zero voltage (correspond to α1, β1 in Fig. 13) deviate relative to the period of the carrier.
Затем, поскольку один из интервалов нулевого напряжения (α1 на фиг. 13), становится относительно коротким, интервал операций переключения становится, соответственно, коротким в первый момент времени интервала нулевого напряжения и в последний момент времени интервала нулевого напряжения. Следовательно, возникает нарушение коммутации.Then, since one of the zero voltage intervals (α1 in FIG. 13) becomes relatively short, the switching operation interval becomes accordingly short at the first time of the zero voltage interval and at the last time of the zero voltage interval. Therefore, a switching violation occurs.
Помимо этого в этом сравнительном примере 3, интервал нулевого напряжения не предписывается в качестве предварительно определенного интервала относительно периода несущей. Таким образом, возникает проблема в том, что управление временем, в течение которого выводится нулевое напряжение, становится сложным.In addition, in this comparative example 3, the zero voltage interval is not prescribed as a predetermined interval with respect to the carrier period. Thus, the problem arises that controlling the time during which the zero voltage is output becomes complicated.
[0060] Поскольку в этом варианте осуществления обеспечивается время (Tz) вывода нулевого вектора относительно периода несущей, предотвращается сокращение интервала операций переключения в начальный момент времени интервала нулевого напряжения и последнего момента времени интервала нулевого напряжения, и может предотвращаться нарушение коммутации.[0060] Since, in this embodiment, a zero vector output time (T z ) is provided with respect to the carrier period, the switching operation interval at the initial time of the zero voltage interval and the last time of the zero voltage interval is prevented, and switching failure can be prevented.
Другими словами, как показано на фиг. 14, интервал вывода нулевого вектора в равной степени выделяется каждому полупериоду несущей. Следовательно, время (Tz) вывода нулевого вектора не сокращается чрезмерно, так что можно предотвращать возникновение нарушения коммутации.In other words, as shown in FIG. 14, the output interval of the zero vector is equally allocated to each half-cycle of the carrier. Therefore, the time (T z ) of the output of the zero vector is not reduced excessively, so that the occurrence of a switching failure can be prevented.
Помимо этого число раз, когда выдается короткий импульс при управлении переключающими элементами Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn, может быть уменьшено, так что могут предотвращаться такие недостатки, что нагрузка концентрируется на переключающих элементах и прикладывается к переключающим элементам. Кроме того, в этом варианте осуществления могут свободно задаваться режимы работы сигналов переключения при выполнении PWM-управления и шаблоны переключения. Следует отметить, что фиг. 14 показывает график для пояснения взаимосвязи между несущей и временами (T1, T2, Tz) вывода и показывает временную характеристику выходного напряжения матричного преобразователя 4.In addition, the number of times that a short pulse is generated when controlling the switching elements S rp , S rn , S sp , S sn , S tp , S tn can be reduced so that such disadvantages can be prevented that the load is concentrated on the switching elements and applied to switching elements. In addition, in this embodiment, switching signal operation modes when performing PWM control and switching patterns can be freely set. It should be noted that FIG. 14 shows a graph for explaining the relationship between the carrier and the times (T 1 , T 2 , T z ) of the output, and shows a time characteristic of the output voltage of the
[0061] Помимо этого в этом варианте осуществления время (Tz) вывода задается равным длительности, которая является результатом вычитания времен (T1, T2) вывода из времени, соответствующему полупериоду несущей. Таким образом, поскольку предоставляется время (Tz) вывода нулевого вектора, обеспечивается интервал операций переключения между операцией переключения в первый (начальный) момент времени для времени (Tz) вывода нулевого вектора и операцией переключения в последнее время. Следовательно, предотвращается перекрытие операций переключения между первым моментом времени для времени (Tz) вывода и последним моментом времени для времени (Tz) вывода, так что может предотвращаться нарушение коммутации.[0061] In addition, in this embodiment, the output time (T z ) is set to a duration that is the result of subtracting the output times (T 1 , T 2 ) from the time corresponding to the carrier half-cycle. Thus, since the time (T z ) of outputting the zero vector is provided, the interval of switching operations between the switching operation at the first (initial) point in time for the time (T z ) of outputting the zero vector and the switching operation in recent times is provided. Therefore, overlapping switching operations between the first time for the output time (T z ) and the last time for the output time (T z ) is prevented, so that switching failure can be prevented.
[0062] Помимо этого в этом варианте осуществления переключающие элементы управляются через время (T1) вывода, в течение которого один переключающий элемент из переключающих элементов, содержащихся в схеме верхнего плеча, включается, и один переключающий элемент из переключающих элементов, содержащихся в схеме нижнего плеча, включается, и время (T2) вывода, в течение которого другой элемент из переключающих элементов, содержащихся в схеме верхнего плеча, включается, и другой переключающий элемент из переключающих элементов, содержащихся в схеме нижнего плеча, включается. Таким образом, поскольку обеспечивается время вывода нулевого вектора, может предотвращаться перекрытие операций переключения между первым моментом времени для времени вывода нулевого вектора и его последним моментом времени. Следовательно, может предотвращаться нарушение коммутации.[0062] In addition, in this embodiment, the switching elements are controlled through an output time (T 1 ) during which one switching element of the switching elements contained in the upper arm circuit is turned on and one switching element of the switching elements contained in the lower arm circuit a shoulder is included, and the time (T 2) O, in which the other element of the switching elements in the upper arm circuit is turned on and the other switching element of the switching elements contained in a Birmingham lower arm is turned on. Thus, since the time of outputting the zero vector is ensured, overlapping switching operations between the first moment of time for the time of outputting the zero vector and its last moment of time can be prevented. Therefore, switching failure can be prevented.
[0063] Помимо этого в этом варианте осуществления время (T1) вывода является временем перед временем (T2) вывода в первый (начальный) полупериод несущей, и время (T1) вывода является временем после времени (T2) вывода в последний полупериод несущей. Это позволяет достигать выравнивания времени вывода нулевого вектора согласно положительной стороне и отрицательной стороне выходного напряжения матричного преобразователя 4.[0063] In addition, in this embodiment, the output time (T 1 ) is the time before the output time (T 2 ) at the first (initial) carrier half-cycle, and the output time (T 1 ) is time after the last output time (T 2 ) carrier half-life. This allows you to achieve equalization of the output time of the zero vector according to the positive side and the negative side of the output voltage of the
[0064] Помимо этого в этом варианте осуществления времена (T1, T2, Tz) вывода вычисляются из преобразованных напряжений посредством секции 11 преобразования координат, выполняется обращение к таблице 14 шаблонов переключения, и переключающие элементы (Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn) управляются по шаблону переключения, соответствующему преобразованной фазе напряжения. Таким образом, поскольку обеспечивается время (Tz) вывода нулевого вектора, может предотвращаться нарушение коммутации.[0064] In addition, in this embodiment, the output times (T 1 , T 2 , T z ) are calculated from the converted voltages by the coordinate
[0065] Следует отметить, что, в этом варианте осуществления с вершиной (точкой) впадины на кривой несущей в качестве начальной точки, сначала компонуются времена (T1, T2) вывода двух векторов напряжения, а затем компонуется время (Tz) вывода нулевого вектора. Тем не менее, не всегда обязательно компоновать времена вывода в этой последовательности.[0065] It should be noted that, in this embodiment, with the apex (point) of the trough on the carrier curve as the starting point, the output times (T 1 , T 2 ) of the two voltage vectors are composed first, and then the output time (T z ) is composed zero vector. However, it is not always necessary to compose the output times in this sequence.
Например, как показано на фиг. 15, в течение полупериода несущей может компоноваться время (Tz/2) в половину времени (Tz) вывода нулевого вектора, затем могут компоноваться времена (T1, T2) вывода двух векторов напряжения, и в завершение, может компоноваться время (Tz/2) в половину оставшегося времени (Tz) вывода.For example, as shown in FIG. 15, during the half-period of the carrier, the time (T z / 2) at half the time (T z ) of outputting the zero vector can be arranged, then the times (T 1 , T 2 ) of the output of two voltage vectors can be arranged, and finally, the time ( T z / 2) in half the remaining time (T z ) output.
Помимо этого в этом варианте осуществления времена (T1, T2) вывода и время (Tz) вывода выделяются таким образом, что они соответствуют полупериоду несущей. Тем не менее, не всегда обязательно соответствовать полупериоду несущей.In addition, in this embodiment, the output times (T 1 , T 2 ) and the output time (T z ) of the output are allocated so that they correspond to the half-cycle of the carrier. However, it is not always necessary to correspond to the half-cycle of the carrier.
Эти времена вывода могут иметь такое соответствие, что они меньше полупериода несущей или, альтернативно, превышают полупериод несущей.These output times may have such a correspondence that they are less than the half-period of the carrier or, alternatively, exceed the half-period of the carrier.
Помимо этого предварительно определенное меньшее предельное время в секции 12 модуляции пространственных векторов не всегда является временем меньше полупериода несущей, и может быть временем меньше времени, частично соответствующего периоду несущей.In addition, a predetermined smaller limit time in the spatial
[0066] Помимо этого в этом варианте осуществления времена (T1, T2) вывода управляются таким образом, чтобы выводить два вектора (V1-V6) напряжения за полупериод несущей. Векторы напряжения не всегда являются двумя векторами (V1-V6) напряжения, а могут быть одним вектором (V1-V6) напряжения или, альтернативно, тремя векторами (V1-V6) напряжения. Помимо этого шаблон переключения, показанный на фиг. 8, представляет собой просто один пример. Другой шаблон векторов напряжения и нулевых векторов может применяться вместо этого, и может быть использован другой шаблон переключения, чтобы выводить векторы напряжения и нулевые векторы.[0066] In addition, in this embodiment, the output times (T 1 , T 2 ) are controlled so as to output two voltage vectors (V 1 -V 6 ) per half carrier period. The voltage vectors are not always two voltage vectors (V 1 -V 6 ), but can be one voltage vector (V 1 -V 6 ) or, alternatively, three voltage vectors (V 1 -V 6 ). In addition, the switching pattern shown in FIG. 8 is just one example. A different pattern of voltage vectors and zero vectors can be used instead, and a different switching pattern can be used to output voltage vectors and zero vectors.
[0067] Вышеописанный матричный преобразователь 4 соответствует схеме преобразования согласно настоящему изобретению, датчики 31-33 напряжения соответствуют средству определения напряжения, контроллер 10 соответствует средству управления, секция 12 модуляции пространственных векторов и секция 13 вычисления времени вывода нулевых векторов соответствуют секции вычисления времени переключения, секция 15 формирования сигналов переключения соответствует секции формирования управляющих сигналов, времена (T1, T2) вывода соответствуют первому времени переключения, время (Tz) вывода соответствуют второму времени переключения, таблица 14 шаблонов переключения соответствует таблице, и секция 11 преобразования координат соответствует средству преобразования координат.[0067] The
Claims (6)
- схему преобразования, имеющую несколько пар из двунаправленно переключаемых переключающих элементов, подключенных к соответствующим фазам, причем схема преобразования выполнена с возможностью преобразовывать введенную электрическую мощность переменного тока в электрическую мощность переменного тока;
- средство определения напряжения для определения входных напряжений в схему преобразования; и
- средство управления для включения и выключения переключающих элементов для управления схемой преобразования,
- при этом средство управления содержит:
- секцию вычисления времени переключения, выполненную с возможностью вычислять первое время переключения, в течение которого один из переключающих элементов схемы верхнего плеча из нескольких пар из переключающих элементов, содержащихся в одной фазе из соответствующих фаз, включается, другие переключающие элементы схемы верхнего плеча из нескольких пар из переключающих элементов, содержащихся в других фазах, выключаются, по меньшей мере, один переключающий элемент схемы нижнего плеча из нескольких пар из переключающих элементов, содержащихся в других фазах, включается, а другие переключающие элементы схемы нижнего плеча из нескольких пар из переключающих элементов, содержащихся в одной фазе, выключаются, с использованием определенных напряжений, определенных посредством средства определения напряжения, и выходного значения команды управления, и вычислять второе время переключения, в течение которого несколько пар из переключающих элементов, содержащихся в одной фазе из соответствующих фаз, включаются, а несколько пар из переключающих элементов, содержащихся в других фазах из соответствующих фаз, выключаются, с использованием несущей и первого времени переключения; и
- секцию формирования управляющих сигналов, выполненную с возможностью формировать управляющие сигналы, для включения и выключения переключающих элементов с использованием первого времени переключения и второго времени переключения, и при этом второе время переключения является таким, что в один период электрической мощности переменного тока, выведенной из схемы преобразования, второе время переключения, содержащееся в первом полупериоде одного периода, равно второму времени переключения, содержащемуся во втором полупериоде одного периода.1. A device for converting electrical power, comprising:
- a conversion circuit having several pairs of bi-directionally switched switching elements connected to the respective phases, the conversion circuit configured to convert the input electrical power of alternating current to electrical power of alternating current;
- means for determining the voltage to determine the input voltage into the conversion circuit; and
- control means for turning on and off the switching elements for controlling the conversion circuit,
- while the control tool contains:
- a switching time calculation section configured to calculate a first switching time during which one of the switching elements of the upper arm circuit of several pairs of switching elements contained in one phase of the respective phases is turned on, the other switching elements of the upper arm circuit of several pairs of the switching elements contained in other phases, at least one switching element of the lower arm circuit of several pairs of switching elements comprising living in other phases, it turns on, and other switching elements of the lower arm circuit of several pairs of switching elements contained in one phase are turned off using certain voltages determined by means of determining the voltage and the output value of the control command, and calculate the second switching time during which several pairs of switching elements contained in one phase from the corresponding phases are switched on, and several pairs of switching elements contained in another at these phases from the corresponding phases, they are switched off using the carrier and the first switching time; and
- a section for generating control signals, configured to generate control signals for switching the switching elements on and off using the first switching time and the second switching time, and the second switching time is such that in one period of the electric power of the alternating current derived from the circuit conversion, the second switching time contained in the first half-cycle of one period is equal to the second switching time contained in the second half-cycle of one period.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011194163A JP5377603B2 (en) | 2011-09-06 | 2011-09-06 | Power converter |
JP2011-194163 | 2011-09-06 | ||
PCT/JP2012/072729 WO2013035782A1 (en) | 2011-09-06 | 2012-09-06 | Power conversion device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2558749C1 true RU2558749C1 (en) | 2015-08-10 |
Family
ID=47832222
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014104106/07A RU2558749C1 (en) | 2011-09-06 | 2012-09-06 | Power conversion device |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9197137B2 (en) |
EP (1) | EP2755313B1 (en) |
JP (1) | JP5377603B2 (en) |
KR (1) | KR101588147B1 (en) |
CN (1) | CN103765748B (en) |
BR (1) | BR112014000990B1 (en) |
MX (1) | MX2014000773A (en) |
RU (1) | RU2558749C1 (en) |
WO (1) | WO2013035782A1 (en) |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5377604B2 (en) * | 2011-09-06 | 2013-12-25 | 日産自動車株式会社 | Power converter |
JP5437334B2 (en) * | 2011-09-06 | 2014-03-12 | 日産自動車株式会社 | Power converter |
EP3011665A4 (en) * | 2013-06-20 | 2017-04-26 | Kraftpowercon India Private Limited | Ac/ac converter for conversion between three phase and single phase power supplies |
EP2993774A1 (en) * | 2014-09-05 | 2016-03-09 | AEG Power Solutions GmbH | Converter stage for converting multiple phase alternating current into single phase alternating current and vice versa and method for operating the said converter stage |
WO2017038294A1 (en) * | 2015-08-28 | 2017-03-09 | 株式会社村田製作所 | Dc-dc converter |
US20180043790A1 (en) * | 2016-08-15 | 2018-02-15 | Hamilton Sundstrand Corporation | Active rectifier topology |
US10114782B2 (en) * | 2016-09-27 | 2018-10-30 | Nxp B.V. | USB type C dual-role-port unattached duty cycle randomization |
US10498274B2 (en) | 2016-11-10 | 2019-12-03 | Hamilton Sundstrand Corporation | High voltage direct current system for a vehicle |
US11043880B2 (en) | 2016-11-10 | 2021-06-22 | Hamilton Sunstrand Corporation | Electric power generating system with a synchronous generator |
US11463014B2 (en) * | 2017-03-31 | 2022-10-04 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Apparatus and method of operating matrix converter-based rectifier when one phase is disconnected or is short-circuited |
CN112075019A (en) * | 2018-05-01 | 2020-12-11 | 株式会社村田制作所 | Buck matrix rectifier with boost switch and operation thereof during one phase loss |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6330170B1 (en) * | 1999-08-27 | 2001-12-11 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Soft-switched quasi-single-stage (QSS) bi-directional inverter/charger |
RU2265947C2 (en) * | 2002-07-09 | 2005-12-10 | Новоуральский государственный технологический институт | Device and method for controlling reversible transformer of alternating current energy to alternating current energy |
JP2006020384A (en) * | 2004-06-30 | 2006-01-19 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | Controller of power converter |
EP1708350A3 (en) * | 2005-03-30 | 2008-12-24 | E2V Technologies (UK) Limited | AC-DC Converters |
RU2349019C1 (en) * | 2008-03-11 | 2009-03-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" | Three-phase frequency transformer with natural commutation |
JP2010263702A (en) * | 2009-05-07 | 2010-11-18 | Denki Kogyo Co Ltd | Three-phase/single-phase direct power converter circuit |
CN101951168A (en) * | 2010-09-16 | 2011-01-19 | 上海交通大学 | Alternating current (AC) converter for converting high voltage to low voltage |
RU2414043C1 (en) * | 2010-03-26 | 2011-03-10 | Георгий Маркович Мустафа | Non-transformer frequency converter for controlled medium voltage electric drive |
Family Cites Families (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5519311A (en) * | 1984-01-19 | 1996-05-21 | Don Widmayer & Associates, Inc. | Control of AC power to inductive loads |
JP2676070B2 (en) * | 1988-11-02 | 1997-11-12 | 日本電信電話株式会社 | DC power supply |
JPH077944A (en) * | 1993-06-17 | 1995-01-10 | Kobe Steel Ltd | Controlling method for electric-power converter apparatus |
JPH08107672A (en) * | 1994-10-04 | 1996-04-23 | Sawafuji Electric Co Ltd | Three phase/two phase converter circuit |
DE19634905A1 (en) * | 1996-08-29 | 1998-03-05 | Abb Patent Gmbh | Three=phase bridge rectifier for battery charger |
JP3509094B2 (en) * | 1999-04-13 | 2004-03-22 | 株式会社安川電機 | Control device for three-phase / single-phase PWM cycloconverter |
GB0006513D0 (en) * | 2000-03-18 | 2000-05-10 | Alstom | Improvements relating to converters |
JP4374716B2 (en) * | 2000-04-13 | 2009-12-02 | 富士電機システムズ株式会社 | Power converter |
US6459606B1 (en) | 2001-09-27 | 2002-10-01 | York International Corporation | Control system and method for four-quadrant switches in three-phase PWM AC voltage regulators |
US6462974B1 (en) * | 2001-09-27 | 2002-10-08 | York International Corporation | Space vector modulation-based control method and apparatus for three-phase pulse width modulated AC voltage regulators |
JP4683386B2 (en) * | 2005-03-07 | 2011-05-18 | 国立大学法人長岡技術科学大学 | Insulated direct power converter controller |
CN101171741B (en) * | 2005-04-27 | 2010-06-09 | 株式会社安川电机 | Power transforming apparatus |
JP4029904B2 (en) * | 2006-04-28 | 2008-01-09 | ダイキン工業株式会社 | Matrix converter and control method of matrix converter |
WO2008018802A2 (en) * | 2006-08-10 | 2008-02-14 | Eaton Power Quality Company | A cyclo-converter and methods of operation |
WO2008024410A2 (en) | 2006-08-22 | 2008-02-28 | Regents Of The University Of Minnesota | Open-ended control circuit for electrical apparatus |
DE502007003184D1 (en) * | 2006-10-18 | 2010-04-29 | Abb Research Ltd | INVERTER CIRCUIT FOR CIRCUIT OF A VARIETY OF SWITCH VOLTAGE LEVELS |
JP5263150B2 (en) * | 2007-03-07 | 2013-08-14 | 株式会社安川電機 | Power converter |
JP4957303B2 (en) * | 2007-03-14 | 2012-06-20 | 株式会社明電舎 | Space vector modulation method for AC-AC direct conversion device |
US8446743B2 (en) * | 2009-07-10 | 2013-05-21 | Regents Of The University Of Minnesota | Soft switching power electronic transformer |
JP5282731B2 (en) * | 2009-12-22 | 2013-09-04 | 株式会社安川電機 | Power converter |
CN102075109A (en) * | 2010-12-14 | 2011-05-25 | 北京理工大学 | High-frequency isolated three-phase cycloconverter type two-way converter and control method thereof |
JP5437334B2 (en) * | 2011-09-06 | 2014-03-12 | 日産自動車株式会社 | Power converter |
JP5377604B2 (en) * | 2011-09-06 | 2013-12-25 | 日産自動車株式会社 | Power converter |
-
2011
- 2011-09-06 JP JP2011194163A patent/JP5377603B2/en active Active
-
2012
- 2012-09-06 KR KR1020147004992A patent/KR101588147B1/en active IP Right Grant
- 2012-09-06 US US14/342,842 patent/US9197137B2/en active Active
- 2012-09-06 WO PCT/JP2012/072729 patent/WO2013035782A1/en active Application Filing
- 2012-09-06 BR BR112014000990-2A patent/BR112014000990B1/en active IP Right Grant
- 2012-09-06 RU RU2014104106/07A patent/RU2558749C1/en active
- 2012-09-06 EP EP12830651.1A patent/EP2755313B1/en active Active
- 2012-09-06 CN CN201280035899.XA patent/CN103765748B/en active Active
- 2012-09-06 MX MX2014000773A patent/MX2014000773A/en active IP Right Grant
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6330170B1 (en) * | 1999-08-27 | 2001-12-11 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Soft-switched quasi-single-stage (QSS) bi-directional inverter/charger |
RU2265947C2 (en) * | 2002-07-09 | 2005-12-10 | Новоуральский государственный технологический институт | Device and method for controlling reversible transformer of alternating current energy to alternating current energy |
JP2006020384A (en) * | 2004-06-30 | 2006-01-19 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | Controller of power converter |
EP1708350A3 (en) * | 2005-03-30 | 2008-12-24 | E2V Technologies (UK) Limited | AC-DC Converters |
RU2349019C1 (en) * | 2008-03-11 | 2009-03-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" | Three-phase frequency transformer with natural commutation |
JP2010263702A (en) * | 2009-05-07 | 2010-11-18 | Denki Kogyo Co Ltd | Three-phase/single-phase direct power converter circuit |
RU2414043C1 (en) * | 2010-03-26 | 2011-03-10 | Георгий Маркович Мустафа | Non-transformer frequency converter for controlled medium voltage electric drive |
CN101951168A (en) * | 2010-09-16 | 2011-01-19 | 上海交通大学 | Alternating current (AC) converter for converting high voltage to low voltage |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
BR112014000990B1 (en) | 2021-07-13 |
KR20140042916A (en) | 2014-04-07 |
EP2755313B1 (en) | 2018-11-14 |
EP2755313A1 (en) | 2014-07-16 |
MX2014000773A (en) | 2014-05-01 |
US9197137B2 (en) | 2015-11-24 |
BR112014000990A2 (en) | 2017-02-21 |
KR101588147B1 (en) | 2016-01-22 |
EP2755313A4 (en) | 2015-10-07 |
CN103765748B (en) | 2016-05-04 |
CN103765748A (en) | 2014-04-30 |
US20140226382A1 (en) | 2014-08-14 |
JP5377603B2 (en) | 2013-12-25 |
WO2013035782A1 (en) | 2013-03-14 |
JP2013055866A (en) | 2013-03-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2558749C1 (en) | Power conversion device | |
RU2570804C2 (en) | Power conversion device | |
RU2559042C1 (en) | Power conversion device | |
EP2897279B1 (en) | Multilevel converter systems and methods with reduced common mode voltage | |
JP6186357B2 (en) | Power converter | |
JP2013055868A5 (en) | ||
JP2013055866A5 (en) | ||
WO2007129456A1 (en) | Power converter | |
JP2013055864A5 (en) | ||
JP4365376B2 (en) | Power converter | |
US10848072B2 (en) | Power supply control device, power conversion system, and power supply control method | |
JP5752580B2 (en) | Power converter | |
RU2366068C1 (en) | Method of converting direct voltage to alternating voltage | |
JPH09163755A (en) | Controller of power converter | |
JP2013162538A (en) | Power conversion device |